Виды геодезических измерений: основные аспекты и применение

Роль картографических измерений в геодезии

Картографические измерения позволяют получить точные и надежные данные о географических объектах и их взаимном расположении. Эти данные затем используются для создания карт и планов, которые широко применяются в различных областях, таких как градостроительство, строительство дорог, сельское хозяйство, геология и другие.

Основной целью картографических измерений является создание точного и полного представления местности на карте. Для этого проводятся множество измерений, включая измерение границ земельных участков, рельефа местности, положения и формы географических объектов, таких как реки, озера, горы, дороги и здания.

Картографические измерения включают в себя такие методы, как триангуляция, трилатерация, нивелирование, гравиметрия, фотограмметрия и другие. Все эти методы позволяют получить точные геодезические данные, которые затем используются для создания карт и планов местности.

Картографические измерения имеют большое практическое значение, так как они позволяют получить точные и надежные данные о местности, что является основой для принятия решений в различных областях. Благодаря этим измрениям, возможно планирование и осуществление строительства, разработка проектов различных объектов, решение экологических и транспортных проблем, а также многое другое.

Таким образом, картографические измерения играют важную роль в геодезии, обеспечивая точное и надежное представление местности на карте. Они являются неотъемлемой частью различных геодезических работ и имеют широкое применение в различных областях деятельности.

Характеристики и дальнейшая классификация измерений

В рамках геодезических измерений следует отметить, что любое из них выражается:

• количественной характеристикой, в виде собственно измеренных величин горизонтального угла, длины, высоты или других параметров,
• и качественной характеристикой, которая дает оценку точности полученных результатов

Геодезические измерения, выполненные специалистами одинаковой квалификации (в идеале одним и тем же физическим лицом), приборами одной и той же точности, с применением такого же метода исполнения, в тех же условиях окружающей среды (сезон, время суток, температура, давление и некоторых других) называют равноточными. Если хотя бы одно из перечисленных условий не соблюдено, то измерения считаются неравноточными.

Многие измерения производят геодезическими приборами, которые конструктивно предназначены выполнять измерения с задекларированными техническими характеристиками. Отсюда следует, что их можно классифицировать, как собственно и сами средства измерений по следующей шкале:

• технической точности;
• точные;
• высокоточные.

Интересно отметить, что для получения результата какого-либо измерения требуется померить его всего один раз. То есть это считается необходимым измерением. В геодезической и маркшейдерской практике, согласно разным методам выполнения измерений, для исключения грубых погрешностей и соблюдения требуемой точности работ предусматривают разное количество измерений. Так длины сторон полигонометрического хода меряют рулетками по два раза со смещениями по шкале рулетки. Горизонтальные и вертикальные углы также измеряются двумя повторениями. При измерении расстояний электронными тахеометрами можно выставить опцию однократного или многократного измерений. Выполняя измерения превышений нивелиром между точками, в определенных случаях меряют его два раза с изменением горизонта инструмента. Все эти измерения считаются достаточными или избыточными. Таким образом, заключительная классификация геодезических измерений включает в себя:

• необходимые;
• достаточные (избыточные) измерения.

Что такое геодезия

_______ Геодезия – это наука об измерениях на земной поверхности, выполняемых для изучения общей фигуры Земли, для составления планов и карт, для решения инженерных задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.

_______В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных научных дисциплин: высшую геодезию, топографию, инженерную геодезию, аэрофотогеодезию, картографию и космическую геодезию.

_______Высшая геодезия занимается определением фигуры и размеров всей Земли и значительных ее частей.

_______Топография занимается измерением и изображением на планах и картах земной поверхности.

_______Инженерная геодезия занимается вопросами геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, при монтаже оборудования, при наблюдениях за вертикальными и горизонтальными смещениями инженерных сооружений и технологического оборудования.

_______Аэрофотогеодезия занимается изучением методов и средств создания топографических карт и планов по материалам фотографирования Земли.

_______Картография занимается изучением методов составления, издания и использования карт.

_______Космическая геодезия занимается обработкой измерений, полученных при помощи искусственных спутников Земли, орбитальных станций и межпланетных кораблей.

_______

Картографические измерения в геодезии

Основными методами картографических измерений являются геодезическая триангуляция и нивелирование. Геодезическая триангуляция основана на принципе треугольных измерений. С помощью специальных инструментов, таких как теодолиты и тахеометры, измеряются углы между видимыми точками на земной поверхности. На основе этих данных вычисляются прямые и геодезические расстояния между точками. Результаты измерений используются для создания сети геодезических треугольников, которая служит основой для создания карты.

Нивелирование является методом измерения высотных отметок точек на земной поверхности относительно определенного уровня моря. С помощью нивелира, который позволяет измерять разности высот, определяются отметки опорных пунктов. Затем проводятся замеры высотных разности между опорными пунктами и интересующими точками. На основе этих данных строится высотная сеть, которая вместе с геодезической триангуляцией служит основой для создания топографической карты.

Картографические измерения находят широкое применение в различных сферах, таких как градостроительство, строительство дорог, размещение инфраструктуры, землеустройство и многие другие. Они являются неотъемлемой частью разработки проектов и планирования территорий, а также предоставляют значимую информацию для принятия решений и выполнения работ на объектах различной сложности.

Геодезические измерения – виды и области

Классифицировать геодезические измерения можно также по области применения, признакам измерения и назначению измеряемых величин. В результате чего следует выделить целый список:

• угловые;
• линейные;
• высотные;
• координатные; ;
• астрономо-геодезические;
• геодинамические;
• базисные;
• гироскопические;
• створные.

Угловые геодезические измерения сводятся к измерениям горизонтальных углов между точками наблюдений и вертикальных углов, которые необходимы для вычислений значений таких величин как горизонтальные проложения (длина линии на горизонтальной плоскости).

Линейные геодезические измерения представляют собой непосредственные определения расстояний между теми же точками наблюдений, которые участвовали при угловых измерениях, возможны измерения только длин сторон между точками съемки.

Высотные измерения выполняются с целью определения разности высот между точками и получения их высотных координат (абсолютных отметок).

Координатные измерения используются с помощью технологий, позволяющих определять положение точек наблюдений в исходной системе отсчета (координат). К таким геодезическим измерениям относятся тахеометрическая съемка, спутниковые наблюдения, определение координат точки стояния, с использованием опций предусмотренных в современных электронных тахеометрах по решению обратной геодезической засечки непосредственно в полевых условиях.

Астрономо-геодезические измерения позволяют определять геодезические координаты пунктов.

Геодинамические измерения заключаются в определение положения геодезических пунктов относительно исходных точек с учетом временного фактора.

Базисные измерения сводятся к определению длины опорной базисной стороны с помощью специального мерного базисного прибора.

Гироскопические измерения имеют своей целью определение дирекционных углов сторон, с помощью предназначенных для этого специальных приборов гироскопов. Применяется такой способ измерений, например, для повышения точности измерений в подземной опорной маркшейдерской сети методом вставки стороны полигонометрического хода с дополнительным высокоточным измеренным дирекционным углом.

Створные измерения связаны с определением отклонений местоположения точек от прямой (створной) линии. Использоваться такой способ можно, например, для определения фактического положения линии очистного забоя при маркшейдерском обслуживании в угольных шахтах.

Способы изображения земной поверхности. Метод проекций в геодезии

_______На местности точки, линии, углы и контуры расположены в силу неровностей земной поверхности на возвышениях или впадинах. Так как возвышения и впадины являются пространственными формами, изобразить их на бумаге в виде плоской карты или плана достаточно непросто. Способы изображения земной поверхности на плоскости основываются на методе проекций.

_______При изучении действительной поверхности Земли точки местности проецируют отвесными линиями на поверхность земного эллипсоида. Так как уровенная поверхность радиусом до 20 км может быть заменена плоскостью, при относительно небольших площадях, точки местности проецируют на горизонтальную плоскость. Положение полученных проекций точек может быть определено координатами.

_______В результате перенесения точек на плоскость длины линий заменяют их горизонтальными проекциями, называемыми горизонтальными проложениями; пространственные углы заменяются плоскими, и вся фигура заменяется проекцией на горизонтальную плоскость (рис. 2).

Способы и приборы в геодезических измерениях расстояний

Все линейные измерения в геодезии исполняют двумя способами:

• прямым методом, заключающимся в непосредственном определении (снятии отсчетов) измеряемого размера или расстояния;
• косвенным методом, представляющим нахождение измеряемой величины через функциональные зависимости по формулам.

Небольшие расстояния измеряют металлическими рулетками и лентами разной длины, лазерными и оптическими дальномерами.

Расстояния значительной длины измеряют с использованием современных приборов таких, как радиодальномеры, электронные тахеометры, лазерные свето-дальномеры, способные измерять километровые расстояния.

2.2 Методы измерений

Метод непосредственной оценкиМетод сравнения с мерой

•  метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения;
•  дифференциальный метод, при котором измеряемую величину срав­нивают с известной величиной, воспроизводимой мерой;
•  нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (например, измерение электрического сопротивления по схеме моста с полным его уравнове­шиванием);
•  метод совпадений, при котором разность между измеряемой величи­ной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпа­дения отметок шкал или периодических сигналов (например, считывание размера по основной и нониусной шкалам штангенциркуля).

•  инструментальный метод;
•  экспертный метод, который основан на использовании данных не­скольких специалистов (например, в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине);
•  эвристические методы, которые основаны на интуиции. Широко ис­пользуется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на основании результатов этого сравнения;
•  органолептические методы оценки, которые основаны на использо­вании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха, вкуса). Например, оценка шероховатости поверхности по образцу зрительно или на ощупь.

Характеристики и дальнейшая классификация измерений

В рамках геодезических измерений следует отметить, что любое из них выражается:

• количественной характеристикой, в виде собственно измеренных величин горизонтального угла, длины, высоты или других параметров,
• и качественной характеристикой, которая дает оценку точности полученных результатов

Геодезические измерения, выполненные специалистами одинаковой квалификации (в идеале одним и тем же физическим лицом), приборами одной и той же точности, с применением такого же метода исполнения, в тех же условиях окружающей среды (сезон, время суток, температура, давление и некоторых других) называют равноточными. Если хотя бы одно из перечисленных условий не соблюдено, то измерения считаются неравноточными.

Многие измерения производят геодезическими приборами, которые конструктивно предназначены выполнять измерения с задекларированными техническими характеристиками. Отсюда следует, что их можно классифицировать, как собственно и сами средства измерений по следующей шкале:

• технической точности;
• точные;
• высокоточные.

Интересно отметить, что для получения результата какого-либо измерения требуется померить его всего один раз. То есть это считается необходимым измерением. В геодезической и маркшейдерской практике, согласно разным методам выполнения измерений, для исключения грубых погрешностей и соблюдения требуемой точности работ предусматривают разное количество измерений. Так длины сторон полигонометрического хода меряют рулетками по два раза со смещениями по шкале рулетки. Горизонтальные и вертикальные углы также измеряются двумя повторениями. При измерении расстояний электронными тахеометрами можно выставить опцию однократного или многократного измерений. Выполняя измерения превышений нивелиром между точками, в определенных случаях меряют его два раза с изменением горизонта инструмента. Все эти измерения считаются достаточными или избыточными. Таким образом, заключительная классификация геодезических измерений включает в себя:

Геодезия и маркшейдерия относятся к таким областям техники, где измерения являются необходимым элементом производственной деятельности. И не только необходимым, но таким массовым в своем исполнении, что и вообразить себе невозможно. Достаточно сказать, например, что для съёмки местности площадью всего в 1 га в масштабе 1:500 (для сравнительно средней сложности местности) понадобится около 200 точек, для каждой из которых определяются три координаты: две плановые (х, у) и высота (Н).

Измерения в геодезии являются количественной и качественной основой для изучения Земли, отдельных ее фрагментов, для получения исходной информации при решении всех инженерно-геодезических задач и выполнения топографических работ. Любое измерение выражается количественной характеристикой (величиной угла, длиной линии, превышением, площадью участка местности и т.п.) и имеет качественную сторону, которая характеризует точность полученного результата.

Величины, которые получают в процессе производства геодезических работ, можно классифицировать на измеренные и вычисленные. В первом случае величину получают обычно непосредственно, путем сравнения её с единицей средства измерения, или косвенно, как функцию двух или нескольких непосредственно измеренных величин. Например, площадь прямоугольника может быть получена как произведение его сторон, измеренных непосредственно.

Приборы для измерения длин линий

Одним из основных видов измерений в геодезическом производстве считаются линейные измерения. Измеряют в пространстве и на плоскости, на физической поверхности и в ее недрах. Меряют всевозможные линейные размеры:

• длины и ширины предметов и конструкций;
• глубины и высоты подземных и наземных сооружений;
• пролеты внутри объектов и сечения горных выработок;
• межосевые размеры и отклонения от них;
• всевозможные геометрические параметры.

Также замеряют расстояния:

• между известными и неизвестными точками;
• конкретной точкой и плоскостью;
• двумя плоскостями;
• линией и плоскостью;
• разными линиями.

В геодезической области линейные измерения осуществляют при выполнении:

• измерения высоты инструмента на точке стояния прибора;
• определения горизонтальных проложений и длин линий между геодезическими пунктами и измеряемыми предметами;
• построения и сгущения геодезических сетей опорного и съемочного обоснований;
• подготовки исходных данных во всевозможных геодезических разбивочных работах в строительстве;
• и выверке монтажного и технологического оборудования;
• геодезического контроля и исполнительных съемок;
• всех видов геодезических съемок и других работ, связанных с геометрией пространства.

Геодезические измерения: значение для строительства и проектирования

Основное значение геодезических измерений заключается в определении геометрических параметров местности, таких как высота, ширина, длина и углы. Эти данные необходимы для создания проектов зданий, дорог, мостов и других инженерных объектов.

Геодезические измерения также используются для определения границ земельных участков и создания картографических материалов. Они позволяют точно определить координаты точек на местности, что помогает при планировании участков, разработке генеральных планов городов и др.

Также, геодезические измерения используются для контроля и наблюдения за строительными работами. Они позволяют проверить точность выполнения работ, а также выявить возможные деформации или смещения зданий или конструкций.

Кроме того, геодезические измерения являются основой для создания цифровых моделей местности и геоинформационных систем. Они позволяют получить данные о рельефе местности, гидрографии, наличии лесных массивов и других природных особенностях, которые могут быть важными при проектировании и строительстве.

В заключение, геодезические измерения имеют огромное значение для строительства и проектирования. Они обеспечивают точность и надежность выполнения работ, а также помогают создавать безопасные и функциональные объекты инфраструктуры.

3 Геодезические измерения: виды, классификация и характеристики.

Вид геодезических измеренийРезультаты геодезических измеренийизмерения подразумевается конечный результатРавноточные и неравноточные измеренияНеобходимые и избыточные числа измеренных величин и измеренийобнаружение грубых погрешностей и промахов

• по назначению;
• по точности;
• по объёму;
• по характеру получаемой информации;
• по инструментальной природе получаемой информации;
• по взаимозависимости результатов измерений.

• угловые;
• линейные;
• нивелирные (измеряются высоты или превышения);
• координатные (измеряются координаты или их приращения);
• гравиметрические (измеряют ускорения силы тяжести).

• топографическая съёмка
• разбивочные работы
• определение деформаций зданий, сооружений, земной коры
• триангуляция
• трилатерация
• полигонометрия
• спутниковые измерения
• астрономические определения
• гравиметрические работы
• створные измерения

• высокоточные
• точные (средней точности)
• технические (малой точности)

• объект — что измеряется
• субъект — кто измеряет
• средство — чем измеряется
• метод — как измеряется
• внешняя среда — в каких условиях и где измеряется.

По Физическому Исполнению:По Роду:

• однородные (измерения однородных физических величин)
• разнородные (все прочие по отношению к однородным)

По Количеству:

• необходимые измерения дают только по одному значению каждой измеряемой величины
• дополнительные или избыточные измерения производятся для получения нескольких значений измеряемой величины в целях контроля, исключения грубых погрешностей или повышения качества результатов измерений

По Точности:

• равноточные, которые выполняются в одинаковых условиях, т. е. объекты одного и того же рода измеряют исполнители одинаковой квалификации, приборами одного класса, по единой методике, в достаточно схожих по характеру условиях внешней среды
• неравноточными считаются измерения, выполняемые в случаях, когда по крайней мере одна из составляющих процесса измерения существенно отличается от аналогичной составляющей других измерений

По Физической Природе Носителей Информации:

• визуальная фиксация результатов измерения, когда передача информации в системе «прибор — цель» осуществляется с участием наблюдателя (оператора);
• не визуальные измерения в основе своей полностью или частично исключают участие наблюдателя. В этом случае используют средства радиоэлектроники, микропроцессорной техники и др.

По Взаимозависимости:

• независимые
• зависимые
• коррелированные

Методы геодезических измерений

Используемые в настоящее время методы геодезических измерений можно поделить на несколько категорий, отличающихся по назначению измеряемых величин. 

Линейные

Когда нужно определить расстояние между точками, расположенными в определенной последовательности, применяется линейный метод измерений. Он предполагает использование как самых простых и традиционных инструментов, так и более высокоточного и современного оборудования. 

Самые распространенные линейные методы — это получение данных с применением следующих средств:

• Металлическая рулетка — инструмент давно известный, но продолжающий использоваться и давать неплохие показатели точности;
• Мерная лента — применяется сейчас все реже, но в ряде случаев еще может быть актуальна;
• Базисный прибор — чем-то похож на мерную ленту, но имеет длину промеров до 24 метров, состоит из инварной проволоки и штативов;
• Оптический дальномер — высокоточный геодезический прибор, определяющий длину в пределах 100-300 метров с минимальной погрешностью;
• Светодальномер — самый точный, работает по импульсному принципу, измеряет расстояние исходя из времени прохождения его световым сигналом.

Угловые

Как становится понятно из название, угловые методы геодезических измерений направлены на определение с помощью специальных приборов горизонтальных или вертикальных углов. Для этих целей используются теодолиты и тахеометры. 

Высотные

Когда требуется определение показателей превышения одних точек поверхности над другими, применяются высотные методы измерений. Они используют геометрическое, тригонометрическое или гидростатическое нивелирование. Прибор для этого вида работ так и называется — нивелир. 

Координатные

Определение координат местоположения определенных точек — задача координатного метода. К нему относятся тахеометрическая съемка и спутниковые наблюдения, находящие активное применения во множестве ситуаций.

Основные понятия геодезии

Геодезические измерения – это процесс сбора и обработки данных о форме и размерах Земли с целью создания точных карт, определения координат географических объектов и выполнения других геодезических задач.

Геодезическая сеть – это совокупность точек на Земле, определенных геодезическими измерениями и связанных между собой с помощью измерений расстояний и углов.

Точность геодезических измерений – это показатель, характеризующий степень близости результатов измерений к истинным значениям их объектов.

Координаты – числовые значения, которые позволяют однозначно определить положение точки на поверхности Земли.

Высота – вертикальное расстояние от точки на поверхности Земли до определенной отметки (например, уровня моря).

Геоид – модель Земли, представляющая собой поверхность равного гравитационного потенциала, близкую к идеальному уровню моря.

Эллипсоид – апроксимация формы Земли, приближенно представляющаяся эллипсоидом, что упрощает вычисления и картографирование.

Привязка – процесс определения координат географических объектов относительно известных точек на геодезической сети.

Трассировка – процесс определения участка местности с помощью геодезических измерений и последующего его отображения на карте или плане.

Системы координат, принятые в геодезии

_______В геодезии применяются следующие системы координат:

• Географическая система координат,
• Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера,
• Полярная система координат.

4.1. Географические координаты

_______С помощью географических координат, то есть широт (φ) и долгот (λ), определяют положение точки относительно экватора и начального меридиана.

_______Широтой (φ) точки называется угол, составленный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора.

_______Долготой (λ) точки называется двугранный угол между плоскостью меридиана данной точки и плоскостью начального меридиана.

https://vk.com/video_ext.php

_______Широта отсчитывается по дуге меридиана к северу и к югу от экватора от 0° до 90°. К северу от экватора широта называется северной, к югу – южной.

_______Долгота отсчитывается от меридиана, проходящего через Гринвич на окраине Лондона. Долгота отсчитывается по дуге экватора или параллели от начального меридиана в сторону востока и запада от 0° до 180°. Долгота к востоку от Гринвичского меридиана называется восточной долготой, к западу – западной. Широты и долготы определяют положение любой точки на земной поверхности и выражаются в угловой мере. Географические координаты определяются из астрономических наблюдений и, а также с помощью геодезических измерений.

4.2. Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера

_______При геодезических работах на больших территориях применяется зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера (рис. 4). Для этого земной шар делится меридианами на шестиградусные или трехградусные зоны (рис. 3). Счет зон ведется к востоку от Гринвичского меридиана. Каждая зона проецируется на плоскость таким образом, чтобы средний меридиан зоны был изображен прямой линией. Средний меридиан зоны называется осевым меридианом.

_______Изображение осевого меридиана принимается за ось абсцисс (x), изображение экватора – за ось ординат (y). За начало координат принимают точку пересечения осевого меридиана с экватором.

_______Чтобы не иметь отрицательных ординат, ординату осевого меридиана принимают равной 500 км. Перед ординатой точки указывается номер зоны, в которой точка расположена.

Мерные ленты и рулетки

Для выполнения линейных измерений, так же как и для угловых, нормативными документами для различного вида съемок или работ предусматриваются определенные требования. Этими требованиями всегда являются измеряемая точность приборов и относительные погрешности измерений. В зависимости от них и выбираются инструменты по измерению длин линий.

Мерные ленты и рулетки применяются при непосредственном измерении расстояний. Рулетки бывают разной длины (3, 5, 10, 30, 50 метров) и изготовлены из разных материалов:

• тесьмяные;
• углеродистой стали;
• нержавеющей стали;
• фиберглассовые;
• стальные с нейлоновым покрытием.

Тесьмяные рулетки используют для мало точных измерений для замеров объемов выполненных работ рулеточными замерами подземных коммуникаций, проведения открытых и подземных горных выработок, их сечений. Такая рулетка состоит из измерительной тканевой ленты с пропиткой и вплетенными в нее металлическими нитями. Она изготавливается в пластмассовом корпусе с намотанной на ось лентой.

Рулетки металлические, с нержавеющей стали или стальными каркасами с полимерным покрытием применяют при непосредственных измерениях расстояний. Они при профессиональном использовании должны быть прокомпарированны, то есть сравнимы с официальным эталоном определенной длины компаратором. После прохождения этой поверки по каждой рулетке составляется паспорт, в котором указываются истинные значения отрезков и длины рулетки, а так же поправок, подлежащих обязательному введению в результаты измерений длин. Согласно, государственных стандартов отклонение при взятии отсчетов в стальных рулетках должно быть не более 2 мм и точность в измерениях ими имеет относительную погрешность в пределах от одной двухтысячной (1/2000) до одной десяти тысячной (1/10000) от соответствующих значений длины. В комплекте с рулетками при измерительном процессе используют специальные приборы — пружинные динамометры. Они позволяют каждый раз производить снятие отсчетов по шкале рулетки при одинаковом ее натяжении, равном усилию порядка десяти килограмм.

Мерные ленты в настоящее время на практике используются, наверное, очень редко. Они бывают со шкалами на концах ленты и без них, и имеют маркировку ЛШЗ (лента шкаловая землемерная), и ЛЗ (лента земельная). В их комплект входят:

• собственно сама лента, намотанная на стальное кольцо и с ручками по краям, длина лент бывает различная, 20, 24 и 50 метров;
• и наборы по шесть или одиннадцать штук шпилек, представляющие собой металлические стержни (длиной 300-400 мм, диаметром 5-6 мм) с загнутым с одной стороны кольцом диаметром 70-80 мм.